PLC及其基本工作原理培训.pptx

《PLC及其基本工作原理培训.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC及其基本工作原理培训.pptx（81页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、二、可编程序控制器的用途与特点二、可编程序控制器的用途与特点（一）可编程序控制器的用途（一）可编程序控制器的用途PLC的应用通常可分为五种类型：顺序控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通信和联网 第1页/共81页（二）可编程序控制器的特点（二）可编程序控制器的特点抗干扰能力强，可靠性高控制系统结构简单、通用性强、应用灵活编程方便，易于使用 功能完善，扩展能力强 PLC控制系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。体积小、重量轻，易于实现机电一体化 。第2页/共81页三、可编程序控制器的分类三、可编程序控制器的分类（一）按（一）按IO点数

2、容量分类点数容量分类1小型机 2中型机 3大型机 （二）按结构形式分（二）按结构形式分1整体式结构 2组合式结构 第3页/共81页1整体式结构 整体式PLC组成示意图第4页/共81页第5页/共81页2组合式结构 组合式PLC组成示意图第6页/共81页2023/3/20Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板第7页/共81页第二节第二节 PLCPLC控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较一、系统框图的比较一、系统框图的比较 继电器控制系统框图 PLC控制系统框图第8页/共81页二、二、PLC的等效电路图的等效电路图接触器控制电动机单向旋转控制电路P

3、LC控制系统等效电路图第9页/共81页2.2 PLC的硬件组成 PLC 生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但其基本构成是一样的，都采用计算机结构，如下图所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。PLC 主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。小型机常采用整体式小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式中、大型机常采用组合式第10页/共81页 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图输输出出设设备备输输入入设设备备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输

4、输出出单单元元输输入入单单元元 电电 源源外外设设接接口口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT第11页/共81页 组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智能智能I/O单元单元输入单元输入单元第12页/共81页

5、输入并存储用户程序、显示输入内容和地址输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥指挥PLC完成各种预定的功能完成各种预定的功能 检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。2.2.1 CPU单元单元第13页/共81页2.2.1 CPU单元单元1.中央处理单元（CPU）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入(3)把运算结果送到输出端(4)响应各种外部设备的请求 PLC中所采用的CPU通常有三种：（

6、1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器第14页/共81页系统程序存储器系统程序存储器 存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序存储器 存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器 存储工作数据存储工作数据 2.2.2 存储器存储器RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。第15页/共81页 2.2.3

7、 I/OI/O单元单元 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元第16页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元 输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出接口电路按照 PLC 的类型不同一般分为继电器输

8、出型、晶体管输出型和晶闸管输出型 3 类以满足各种用户的需要。其中继电器输出型为有触点的输出方式，可用于直流或低频交流负载；晶体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前者适用于高速、小功率直流负载，后者适用于高速、大功率交流负载。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。第17页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCIn+24V发光二极管发光二极管第18页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元COM+5VLED

9、SR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 直流输入电路第19页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元交流输入电路LED+5VAR2COMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 第20页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路K+交流电源或直流电源QCOM-第21页/共81页 2

10、.2.3 I/OI/O单元单元晶体管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 第22页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元晶闸管输出电路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 第23页/共81页 2.2.3 I/OI/O单元单元继电器输出电路COMLED K R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端

11、 输出点输出点 第24页/共81页 2.2.4 电源单电源单元元 PLC 一般采用 AC220V 电源，经整流、滤波、稳压后可变换成供 PLC 的 CPU、存储器等电路工作所需的直流电压，有的 PLC 也采用 DC24V 电源供电。为保证 PLC 工作可靠，大都采用开关型稳压电源。有的 PLC 还向外部提供 24V 直流电源。小型机：一体机。有接口可扩展。第25页/共81页 2.2.4 电源单电源单元元Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。第26页/共81页 2.2.5 外部设外部设备备PLC的外部设备

12、主要有：的外部设备主要有：编程设备编程设备触摸屏触摸屏操作面板操作面板文本显示器文本显示器打印机打印机 等等 外部设备接口是在主机外壳上与外部设备配接的插座，通过电缆线可配接编程器、计算机、打印机、EPROM 写入器、触摸屏等。第27页/共81页 2.2.6 I/OI/O扩展接口扩展接口 I/O 扩展接口是用来扩展输入、输出点数的。当用户输入、输出点数超过主机的范围时，可通过 I/O 扩展接口与 I/O 扩展单元相接，以扩充 I/O 点数。A/D 和 D/A 单元以及链接单元一般也通过该接口与主机连接。第28页/共81页2.3 PLC的软件系统系统程序系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写

13、的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更改。系统程序分为：1.系统管理程序2.用户指令解释程序3.标准程序模块和系统调用程序 第29页/共81页2.3 PLC的软件系统用户程序 用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。1用户环境 用户环境是由系统程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文件存储区等。2用户程序结构 用户程序结构大致可以分为三种：（1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序3用户程序语言 PLC的编程语言有多种，其中梯形图、语句表、

14、功能块图是三种基本语言。第30页/共81页（三）标准程序模块及系统调用程序（三）标准程序模块及系统调用程序一、系统程序一、系统程序（一）系统管理程序（一）系统管理程序（二）用户指令解释程序（二）用户指令解释程序第31页/共81页二、用户程序二、用户程序（一）梯形图（一）梯形图（LAD）编程）编程符号对照第32页/共81页 典型梯形图示意 典型的梯形图示意图 第33页/共81页（二）指令表（二）指令表（STL）编程）编程指令表编程举例 a）梯形图 b）指令表第34页/共81页（三）状态流程图（功能图）编程（三）状态流程图（功能图）编程 钻孔顺序的状态流程图第35页/共81页三、可编程序控制器的程

15、序结构三、可编程序控制器的程序结构（一）用户程序（一）用户程序（二）数据块（二）数据块（三）参数块（三）参数块第36页/共81页 PLCPLC的循环扫描工作过程 接线程序控制与存储程序控制 输入/输出滞后响应 2.4 PLC的工作原理第37页/共81页1.接线程序控制与存储程序控制继电接触器控制系统，又称为接线程序控制系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。第38页/共81页在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运行时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。这种控制称为存储程序控制。1.接线程序控

16、制与存储程序控制第39页/共81页2.PLC的循环扫描工作过程 PLC 的工作方式为循环扫描方式，其工作过程大致分为 3 个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。第40页/共81页设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行

17、用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通电源接通电源 初始化初始化 硬件检查硬件检查 正常？正常？异常报警异常报警异常处理异常处理扫描周期监视扫描周期监视执行用户程序执行用户程序 程序结束？程序结束？扫描周期检查扫描周期检查有固定设置？有固定设置？等待等待扫描周期计算扫描周期计算 I/O刷新刷新外设端口服务外设端口服务 异常异常 公公共共处处理理 执执行行用用户户程程序序扫扫描描周周期期计计算算 刷刷 新新端端口口服服务务第41页/共81页0000201000000010000201000 (1)PLC扫描工作各环节的功能扫描工作各环节的功能 P

18、LC上电后，首先检查硬件是否正常。上电后，首先检查硬件是否正常。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，对输入的数据进行处理，将结果存入元件映象寄存器。将结果存入元件映象寄存器。计算扫描周期。计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线母线 I/O刷新阶段。刷新阶段。外设端口服务。外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路

19、送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。访问外设端口连接的外部设备。第42页/共81页读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 (2)PLC执行用户程序的过程执行用户程序的过程010010100000000 00001 01000输输入入端端子子输输入入电电路路用用户户输输入入设设备备输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出电电路路输输出出端端子子元元件件映映像像寄寄存存器器输输出出锁锁存存器器 用用户户输输出出设设备备第43页/共81页2023/3/203 PLC控制的原理控制的原理 等效电路图等效电路图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共

20、端输入部分输入部分输出端子输出端子输入端子输入端子用户程序用户程序输出部分输出部分主电路主电路KMFUFR M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM第44页/共81页2023/3/20KM线圈通电线圈通电SB1闭合闭合00000 闭合闭合接点闭合接点闭合KMFUKH M 3 QKM通电通电KM通电通电触点闭合触点闭合电动机转电动机转触点闭合触点闭合PLCCOM000000000000001000020000

21、001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM第45页/共81页2023/3/20KM线圈断电线圈断电00001 断开断开接点断开接点断开KMFUKH M 3 QKM通电通电KM断电断电触点断开触点断开电动停转电动停转触点断开触点断开PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合闭合第46

22、页/共81页 (4)PLC执行用户程序的特点执行用户程序的特点 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序 执行程序时所需数据取自于：执行程序时所需数据取自于：输入映像寄存器输入映像寄存器 元件映像寄存器元件映像寄存器 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变 每个扫描周期每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入刷新阶段集中读入/读出数据读出数据第47页/共81页 从 PL

23、C 工作过程的分析中可知，由于 PLC 采用循环扫描的工作方式，而且对输入和输出信号只在每个扫描周期的 I/O 刷新阶段集中输入并集中输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。响应时间或滞后时间：即从 PLC 的输入端有一个输入信号发生变化到 PLC 的输出端对该输入信号的变化做出反应需要一段时间。滞后时间是设计 PLC 控制系统时应了解的一个重要参数。3.PLC的输入/输出滞后响应 第48页/共81页 滞后时间的长短与以下因素有关：输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。PLC循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出

24、刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。3.PLC的输入/输出滞后响应 第49页/共81页CPU读输入输入输出延迟时间最短响应时间输入/输出刷新时间最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间3.PLC的输入/输出滞后响应 第50页/共81页CPU读输入输入/输出刷新时间最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间输入输出延迟时间最长响应时间3.PLC的输入/输出滞后响应 第51页/共81

25、页 I/O响应时间的估算响应时间的估算 以以20点的继电器输出型点的继电器输出型CPM1A为例。为例。设输入设输入ON延时为延时为8毫秒毫秒 公共处理和公共处理和I/O刷新时间为刷新时间为2毫秒毫秒 执行用户程序时间为执行用户程序时间为14毫秒毫秒 输出输出ON延时为延时为15毫秒毫秒输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应 最小最小I/O响应时间响应时间输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应 最大最大I/O响应时间响应时间第52页/共81页 程序语句安排对程序语句安排对I/O响应时间的影响举例响应时间的影响举例

26、200000000001000200002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期I/O刷刷新时新时 00000的映像寄存器的映像寄存器 ON。第一个扫描周期第一个扫描周期 结束时，结束时，01000为为OFF。01000只能在第二个扫描周期结束后才能只能在第二个扫描周期结束后才能ON。第53页/共81页000002000020000010002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期闭合

27、，经过输入滤波，设第一个扫描周期 00000的映像寄存器的映像寄存器 ON。01000 在第一个扫描周期结束后就能在第一个扫描周期结束后就能ON。续续如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图：如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图：显然，程序语句的安排对显然，程序语句的安排对I/O响应的影响很大响应的影响很大。第54页/共81页2.5 PLC的主要指标1、输入/输出（I/O）点数 PLC上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可接的输入和输出元器件就越多，控制规模就越大。2、存储容量 这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量。也有的PLC用存放用户程序的指令条数来表示容量。3、扫描速度

28、扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。4、指令的种类和条数 编程指令的种类和条数是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。5、特殊I/O单元（高级模块或智能模块）PLC不仅能完成开关量的逻辑控制，而且利用特殊I/O单元可完成模拟量控制、运动控制、模糊控制、定位控制、高速中断控制、通信联网等功能。6、支持软件 符合IEC1131-3标准的语言，为用户提供方便的编程环境。第55页/共81页第六节第六节 可编程序控制器的主要性能指标可编程序控制器的主要性能指标 一、描述一、描述PLC性能的几个术语性能的几个术语 位：位：二进制的一位，仅有二进制的一位，仅有1 1、0 0数字：数字：

29、4 4位二进制数构成一个数字位二进制数构成一个数字字节：字节：2 2个数字或个数字或8 8位二进制数构成一个字节位二进制数构成一个字节字：字：两个字节构成一个字。两个字节构成一个字。第56页/共81页常用基本环节编程 启动、保持、停止控制:常规启保停梯形图SETSET、RESETRESET分分开开控制的控制的启启保停梯形保停梯形图SET-RESETSET-RESET启启保停梯形保停梯形图 第七节第七节 PLCPLC控制系统的软件设计控制系统的软件设计第57页/共81页三相异步电动机正反转控制电路 图图2-7 2-7 三相异步电动机正反转控制电路三相异步电动机正反转控制电路a)a)无互锁电路无互

30、锁电路 b)b)具有电气互锁电路具有电气互锁电路 c)c)具有双重互锁电路具有双重互锁电路第58页/共81页互锁控制单重互锁梯形图第59页/共81页三相异步电动机正反转控制电路 图图2-7 2-7 三相异步电动机正反转控制电路三相异步电动机正反转控制电路a)a)无互锁电路无互锁电路 b)b)具有电气互锁电路具有电气互锁电路 c)c)具有双重互锁电路具有双重互锁电路第60页/共81页互锁控制双重互锁梯形图 第61页/共81页三相异步电动机正反转控制电路 图图2-7 2-7 三相异步电动机正反转控制电路三相异步电动机正反转控制电路a)a)无互锁电路无互锁电路 b)b)具有电气互锁电路具有电气互锁电

31、路 c)c)具有双重互锁电路具有双重互锁电路第62页/共81页基本控制线路 控制线路类型很多，有的初看上去电器元件繁多、结构复杂，但实际上大多数线路都由一些基本控制线路组成：多地控制4自锁与互锁控制1 11顺序控制2点动与连续控制3往复循环控制5第63页/共81页自锁控制线路1.自锁与互锁控制第64页/共81页互锁控制线路第65页/共81页2.顺序控制第66页/共81页3.点动与连续控制第67页/共81页4.多地控制第68页/共81页5.往复循环控制第69页/共81页电动机是电力拖动控制系统的主要控制对象，电动机的控制主要是实现电动机的起动、停止、正反转、调速和制动等运行方式的控制，并以此来实

32、现生产过程自动化，满足生产工艺要求。第八节第八节 PLCPLC在三相异步电动机控制中的应用在三相异步电动机控制中的应用 第70页/共81页8.1控制要求、工艺过程、控制原理作为电动机Y/起动控制，必须实现的目标为：（1）能满足控制系统对电动机起动的基本控制要求；（2）能方便地操作，需要起动时电动机首先Y接起动，起动完成后自动转换为接运行；（3）为了安全起见，可在Y/接之间加入一定的时间延时；（4）为使用更安全，可将Y接接触器的辅助触点反馈回PLC。第71页/共81页三相异步电动机继电接触器控制的Y/Y/起动电气原理图第72页/共81页三相异步电动机PLC控制的Y/起动电气原理图第73页/共81

33、页8.2 PLC选型和资源配置由于控制比较简单，输入/输出都是开关量，数量又很少，实际上可选用任意型号的PLC，在本例中以CPU222为例，不用扩展模块，输入电源采用本机集成的24V电源。I/O地址分配表如下：第74页/共81页8.3 PLC程序说明 按下启动按钮SB2，主接触器KM1吸合并自锁，同时星接接触器KM3吸合电动机星接起动并开始延时，延时时间到KM3断开。星角接之间延时200毫秒。KM2吸合的条件为定时器KT2延时200毫秒时间到、KM3已断开加上KM3的互锁。第75页/共81页第76页/共81页第77页/共81页8.4 设计小结 1.PLC完成的是控制回路的功能，主回路与常规继电接触器控制相同。2.应用PLC实现电动机的启动与停止、正反转、顺序控制、降压起动及互锁保护等功能，可以充分发挥PLC“软控制”的优点，通过编程实现复杂的逻辑控制功能；另一方面，应用PLC“软触点”来取代继电器控制线路中的自锁触点、互锁触点及时间继电器触点等，使得PLC控制系统的硬件接线得到了很大程度的简化，提高了系统的可靠性。3.因此，在电动机控制中，应用PLC取代继电器控制系统成为技术发展的必然。第78页/共81页第79页/共81页谢谢谢谢第80页/共81页感谢您的观看！第81页/共81页